情報セキュリティ

q q 情報セキュリティ第４回：２００５年５月１２日（金） q q

本日学ぶこと • 使い捨てパッド • ＤＥＳ (Data Encryption Standard) • ＡＥＳ (Advanced Encryption Standard) • ブロック暗号のモード

本日の授業で学ぶ語句 • 符号化，XOR，使い捨てパッド，鍵管理，ストリーム暗号 • DES，ブロック暗号，ファイステル構造，ラウンド，サブ鍵，ラウンド関数，トリプルDES • AES，Rijndael，SPN構造 • ブロック暗号，ブロック，ブロック長，ストリーム暗号，ECBモード，CBCモード，CTRモード • 使い捨てパッドは無条件に安全だが，非実用的 • ファイステル構造は，暗号化と復号が同じ構造（サブ鍵の順序が反対） • AESは，コンペ方式による標準化で選定された • 対称暗号を使いたいなら，AES

（復習）暗号系を図にすると 平文平文暗号化暗号化鍵復号鍵復号盗聴可能な通信路暗号文暗号文

（復習）単一換字暗号は 平文平文 abc... WYH... 暗号化暗号化鍵復号鍵復号 WYH... abc... 暗号文暗号文

使い捨てパッドは 平文平文 11100 11100 暗号化暗号化鍵復号鍵復号 10101 10101 01001 01001 暗号文暗号文 01001

排他的論理和の性質 • x  y = y  x • x  x = 0 • x  y  y = x • x = y ⇒ x  z = y  z • z = x  y ⇒ x = z  y, y = x  z xを平文，yを鍵とみなすと，この式は，使い捨てパッドにおける暗号化と復号の関係を表す．

使い捨てパッドは解読可能？ • 既知平文攻撃や選択平文攻撃を用いれば，暗号化に使用したビット列を求めることができる． • c = km ⇒ k = cm • しかしこれで求めた k は，(平文,暗号文)=(m,c)という暗号化の鍵としてしか使えない． • kを知っても，それ以外の秘密通信の復号・解読には役に立たない

ビット列をどのようにして共有する？ • 事前にビット列を共有しておき，暗号化・復号のたびに，使用したビット列に線を引いて消す． • 暗号化する側がビット列を生成し，暗号文と別のルートで秘密に送る． 10110101 11110010 01101011 10110101 11110010 01101011 暗号化鍵復号鍵

ファイステル構造の数式表現（暗号化１） • i 番目のラウンド（最終ラウンドでないとき） • Li = Ri-1 • Ri = Li-1 f(ki , Ri-1) Li-1 Ri-1 ki f Li Ri

ファイステル構造の数式表現（暗号化２） • 最終ラウンド • Li = Li-1 f(ki , Ri-1) • Ri = Ri-1 Li-1 Ri-1 ki f Li Ri

ファイステル構造の数式表現（復号１） • i 番目のラウンド（最終ラウンドでないとき） • Ri-1 = Li • Li-1 = Ri f(ki , Li) = Ri f(ki , Ri-1) • 最終ラウンドのときは各自考えること Li Ri ki f Li-1 Ri-1

ＡＥＳ（Advanced Encryption Standard） • Rijndaelともいう • ファイステル構造ではなくSPN構造を採用 • NISTが公募して２０００年に選定 • 安全性を評価したのは情報セキュリティの専門家 • 鍵長は128，192，256ビットから選べる • ブロック長（平文・暗号文の長さ）は128ビット固定 • 特許などの制限がなく無料で利用可能 • DESは「兵器」であり，かつて輸出規制があった

ＤＥＳとＡＥＳに関わる組織と考案者 • ＮＳＡ：米国安全保障局，National Security Agency • ＮＢＳ：米国商務省標準局，National Bureau of Standards • ＮＩＳＴ：米国国立標準技術研究所（綴りは教科書参照） NSA NBS NIST 改組米国当局選定選定修正 Lucifer DES Rijndael AES 暗号方式応募応募 IBM （Feistel他） Daemen & Rijmen 考案者

暗号アルゴリズム設計者の苦悩 • 暗号化や復号が高速にできると，解読も高速にできてしまうかもしれない． • 処理速度が，暗号化＜復号というアルゴリズムは？ • 圧縮ソフトウェアでは圧縮＜伸張のことが多い． • 暗号化＜復号のアルゴリズムを考案すると，構造が複雑になり，思わぬところから欠陥が見つかるかもしれない．

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